Lämmönsiirto levylämmönvaihtimella

Työn tarkoitus

Työn tarkoituksena on perehtyä levylämmönvaihtimen rakenteeseen ja toimintaan sekä määrittää lämmönvaihtimen lämpöhäviöt.

Työssä käytettävät laitteet ja aineet

Levylämmönvaihdin varusteineen.

Työvaiheet

-Aluksi tutustuin levylämmönvaihtimeen. Selvitin mistä kuuma ja kylmä vesi virtaavat sisään ja ulos. Tutustuin myös siihen että mistä luen kuuman sekä kylmän veden sisäänmeno- ja ulosmenolämpötilan. Varmistin myös osaavani lukea veden virtausta rotametriltä.
- Kun laitteiston toiminta tapa ja käyttö oli selkeää aloitin työn selvittämällä paljonko on maksimivirtauksesta (22l/min) 80%, 60%, 40% ja 30%.

-Selvitys tapahtui seuraavasti; muunsin prosentit desimaaleiksi ja kerroin desimaaliluvut maksimivirtauksella;

80% = 22x 0,8 = 17,6l/min
60% = 22x 0,6 = 13,2l/min
40% = 22x 0,4 = 8,8l/min
30% = 22x 0,3 = 6,6l/min

Nämä tiedot tarvitsin, jotta osaisin säätää rotametriltä kylmän veden virtauksen maksimista eri prosentteihin.

- Aloitin työn suorittamalla sen maksimi virtauksella eli kylmä vesi virtasi 22l/min. Myös kuuma vesi pidettiin maksimilla koko ajan 20-21l/min. Kylmä oli ainoa mitä säädettiin.
- Annoin veden virrata n. 10minuuttia ja odotin lämpötilojen vakiintumista.
-Vakiintumisen jälkeen otin neljä lämpötilaa ylös. Kylmän veden sisään ja ulostulolämpötilan sekä kuuman veden sisään ja ulostulolämpötilan.
- Tämän jälkeen säädin rotametrin 80%, eli 17,6l/min ja odotin jälleen kymmenen minuuttia lämpötilojen vakiintumista ja otin samat lämpötilat ylös kuin maksimia tehdessä.
- Seuraavaksi säädin rotametrin 60% eli 13,21l/ml ja toimin niinkuin maksimissa ja 80%.
- Työ jatkui samoja vaiheita toistaen vielä 40%:lla (8,8l/min) ja 30%:lla (6,6l/min). Muista kirjata jokaisessa muutoksessa neljä eri lämpötilaa ylös vakiintumisen jälkeen!

Tämän jälkeen työ oli käytännössä tehty ja pystyin siirtymään erilaisiin laskuihin.
Aluksi määritin jokaisesta tekemästäni kylmästä ja kuumasta ja eri prosenttisesta virtauksesta massavirtauksen (kg/s). (Yhteensä siis 10määritystä, viisi kylmää ja viisi kuumaa.)

Massavirtaus laskettiin seuraavasti;

Massavirta, kg/s = Tilavuusvirta/60

(1kg = 1litra ja 1min = 60s, tästä johtuen l/min jaetaan vain 60s ja saadaan kg/s)

          Kylmä vesi

Max. 22l/min/60 = 0,3666.. kg/s
80% 17,6l/min/60 = 0,2933.. kg/s
60% 13,2l/min/60 = 0,22kg/s
40% 8,8l/min/60 = 0,14666... kg/s
30% 6,6l/min/60 = 0,07333... kg/s

        Kuuma vesi

Max. 21l/min/60 = 0,35 kg/s
80% 21l/min/60 = 0,35 kg/s
60% 20l/min/60 = 0,333...kg/s
40% 21l/min/60 = 0,35 kg/s
30% 21l/min/60 = 0,35 kg/s

Tulosten käsittely, tarkastelu ja lisää niihin liittyviä laskuja

Massavirran selvitettyäni oli vuorossa kylmän veden vastaanottaman lämpömäärän sekä kuuman veden luovuttaman lämpömäärän laskeminen.

Selityksiä ennen laskuja;

(Huom! Kaavoissa ¨x¨ tarkoittaa kertomerkkiä)

Q1 = veden luovuttama lämpömäärä, W
m = massavirta, kg/s
c = veden ominaislämpökapasiteetti, 4,182J/kgC <- (Vakio!)
tls = kuuman veden sisäänmeno lämpötila
tlu = kuuman veden ulostulo lämpötila

Qk = kylmän veden vastaanottama lämpömäärä, W
tks = kylmän veden sisäänmeno lämpötila
tku = kylmän veden ulostulo lämpötila

Kylmän veden vastaanottaman veden määrän laskukaava;
Qk = m x c x (tks-tku)

Kuuman veden luovuttaman lämpömäärän laskukaava;
Q1 = m x c x (tls-tlu

Lämpöhäviöt lasketaan seuraavasti;
(Luovutettu lämpömäärä - vastaanotettu lämpömäärä)/luovutettu lämpömäärä x 100

Laskut kuuman veden luovuttamista lämpömääristä;

Max.
Q1 = 0,35 x 4,182 x (52-34)
Q1 = 0,35 x 4,182 x 18
Q1 = 26,3466 J/s

80%
Q1 = 0,35 x 4,182 x (52-36)
Q1 = 0,35 x 4,182 x 16
Q1 = 23,4192 J/s

60%
Q1 = 0,33 x 4,182 x (52-38)
Q1 = 0,33 x 4,182 x 14
Q1 = 19,32084 J/s

40%
Q1 = 0,35 x 4,182 x (51-39)
Q1 = 0,35 x 4,182 x 12
Q1 = 17,5644 J/s

30%
Q1 = 0,35 x 4,182 x (52-41)
Q1 = 0,35 x 4,182 x 11
Q1 = 16,1007 J/s

Laskut kylmän veden vastaanottamasta lämpömäärästä;

Max.
Qk = 0,36 x 4,182 x (31-14)
Qk = 0,36 x 4,182 x 17
Qk = 25,59384 J/s

80%
Qk = 0,29 x 4,182 x (36-16)
Qk = 0,29 x 4,182 x 20
Qk = 24,2556 J/s

60%
Qk = 0,22 x 4,182 x (38-14)
Qk = 0,22 x 4,182 x 24
Qk = 22,08096 J/s

40%
Qk = 0,146 x 4,182 x (40-16)
Qk = 0,146 x 4,182 x 24
Qk = 14,653728 J/s

30%
Qk = 0,11 x 4,182 x (42-15)
Qk = 0,11 x 4,182 x 27
Qk = 12,42054 J/s

Laskut lämpöhäviöistä;

Max.
(26,3466 - 25,59384)/26,3466 x 100
= 0,75276/26,3466 x 100
= 0,0285714285714286 x 100
= 2,86
= 2,9%

80%
(23,4192-25,59384)/23,4192 x 100
= -0,8364/23,4192 x 100
= -0,0357142857142857 x 100
= -3,57
= -3,6%

60%
(19,32084-22,08096)/19,32084 x 100
= -2,76012/19,32084 x 100
= -0,1428571428571429 x 100
= -14,2857
= -14,3%

40%
(17,5644-14,653728)/17,5644 x 100
= 2,910672/17,5644 x 100
= 0,1657142857142857 x 100
= 16,5714 ...
= 16,6%

30%
(16,1007-12,42054)/16,1007 x 100
= 3,68016/16,1007 x 100
= 0,2285714285714286 x 100
= 22,8576
= 22,9%

Tuloksia tarkastellessa huomaa selkeästi huiman eron, että mitä pienempi virtaus on, sitä suuremmat ovat lämpöhäviöt.

Työn arviointi

Työ tuntui aluksi erittäin haastavalta mutta kunnon ohjeistuksen saatuani ja tarkoituksen ymmärrettyäni onnistuin hyvin työssä. Laskut näyttivät myös vaikeilta mutta eivät sitä olleet. Tulosten tarkastelussa huomasin laskujen tuloksissa pieniä ongelma kohtia joidenka syystä en ole täysin varma. Esim. lämpöhäviöissä tuli negatiivisia prosenttilukuja virtauksen epätasaisuudesta johtuen.

(Kuvia laitteistosta myöhemmin!)